Abgebrannten Kernbrennstoff Pool

Kernbrennstoff

Kernbrennstoff

Kernbrennstoff ist das Material, das zur Erzeugung von Kernenergie verwendet wird. Es handelt sich um ein Material, das gespalten oder verschmolzen werden kann, je nachdem, ob es sich um Kernspaltung oder Kernfusion handelt.

Wir beziehen uns auf Kernbrennstoff sowohl auf das Material (Uran, Plutonium ...) als auch auf das gesamte mit diesem Kernmaterial hergestellte Material (Brennstäbe, Kernmaterialzusammensetzungen und den Moderator oder eine beliebige andere Kombination).

Der bekannteste Kernbrennstoff ist Uran, da es in Kernspaltungsreaktoren am häufigsten verwendet wird. Derzeit sind alle Kernreaktoren, die zur Erzeugung von elektrischem Strom in Produktion sind, Kernspaltung. Auf einer anderen Ebene wird Plutonium auch als Kernbrennstoff verwendet.

Tritium und Deuterium sind Lichtisotope, die bei der Kernfusion verwendet werden. Die Kernfusion ist derzeit noch nicht ausreichend entwickelt, um in Kernkraftwerken eingesetzt zu werden, obwohl ein Kernfusionsreaktor (Projekt ITER) für seine Studie in Frankreich im Bau ist.

Verwendung von Kernbrennstoff

Während des Betriebs des Reaktors werden die Kernbrennstoffatome durch den Prozess der Kernkettenspaltung nach und nach getrennt: Das Material wird allmählich in andere Elemente und / oder Isotope umgewandelt, wodurch thermische Energie freigesetzt wird. Diese Wärmeenergie wird von einer thermischen Maschine verwendet, die geeignet ist, eine mit einem Wechselstromgenerator gekoppelte Dampfturbine mechanisch anzutreiben und somit Elektrizität zu erzeugen.

Typischerweise erreicht die im Reaktor vorhandene Masse an Kernbrennstoff die sogenannte kritische Masse, dh die Menge, die erforderlich ist, um eine Kettenreaktion zu initiieren, die stabil autark ist.

Kernbrennstoff wird üblicherweise in Stäben im Reaktor platziert. Dies soll den Transport erleichtern, sowohl den Brennstoff mit Mäßigung und die Steuerstangen abwechseln als auch die Entnahme am Ende des Zyklus erleichtern.

 

Das spaltbare Material muss mit einer geometrischen Anordnung platziert werden, die die Effizienz des Ketteneffekts maximiert, wobei berücksichtigt werden muss, dass ausreichend Platz für den Moderator vorhanden ist. Während der Entwurfsphase eines Kernreaktors muss auch Platz für die Steuerstäbe und Diagnosegeräte gelassen werden. Rein theoretisch wäre die ideale Form die Kugelform. Aus praktischen und konstruktiven Gründen neigen wir jedoch zu anderen Lösungen: In der Regel wird eine zylindrische Form verwendet, die durch die Kombination einer großen Anzahl von Stäben erzielt wird.

Erschöpfung und Ersatz von Kernbrennstoffen

Im Gegensatz zu herkömmlichen Brennstoffen (fossilen Brennstoffen wie Kohle, Öl, Erdgas oder Holz) ist der Brennstoffverbrauch in einem Kernreaktor sehr niedrig und dauert nach dem Aufladen in der Regel mehrere Jahre (abhängig von der Art des Reaktors und seines Reaktors verwenden). Andererseits sind Tankvorgänge wesentlich komplexer.

Im Gegensatz zu anderen Brennstoffen wird das Reaktionsprodukt (die sogenannte Schlacke) nicht dispergiert, sondern verbleibt hauptsächlich in den unmittelbar benachbarten Stäben oder Elementen.

Im Laufe der Zeit werden die Barren an spaltbarem Material immer schlechter, bis sie einen Punkt erreichen, an dem sie nicht mehr effizient genutzt werden können und ersetzt werden müssen. Je nach der Geometrie des Reaktors kann es vorkommen, dass ein Teil des Brennstoffs schneller abfließt als andere Teile: Im Allgemeinen läuft der zentrale Teil schneller ab als der äußere Teil. Die Konfiguration der Stange ist in diesem Fall hilfreich, da nur die am meisten erschöpften Teile ersetzt werden können.

Erschöpfte Stäbe sowie Material in der Nähe sind aufgrund der durch die Reaktionen erzeugten Spaltprodukte sowie durch anderes Material, das während des Neutroneneinfangs oder als Folge davon aktiviert werden kann, stark radioaktiv geworden andere ähnliche Prozesse. Die Entfernung verbrauchter Stäbe ist daher der komplexeste Teil der Demontage der Kernreaktorschlacke.

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Referenzen

Geändert am: 23. Oktober 2018